電工學王懷平第19章直流穩(wěn)壓電源課件

第19章直流穩(wěn)壓電源19.2濾波器19.3直流穩(wěn)壓電源19.1整流電路本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應用。第19章直流穩(wěn)壓電源第19章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩(wěn)壓uDO19.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導通；3.工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLio動畫utOuoO4.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應滿足：

IOM

ID，URWMUDRM

例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導通，負載中有電流過，負載電壓uo=u；負半周時，D1和D3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3在t1~

t2

期間共陰極組中a點電位最高，D1導通；共陽極組中b點電位最低，D4導通。負載兩端的電壓為線電壓uab。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓動畫uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9在t2~

t3

期間共陰極組中a點電位最高，D1導通；共陽極組中c點電位最低，D6導通。負載兩端的電壓為線電壓uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo在t3~

t4

期間共陰極組中b點電位最高，D3導通；共陽極組中c點電位最低，D6導通。負載兩端的電壓為線電壓ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2.工作原理結(jié)論：

在一個周期中，每個二極管只有三分之一的時間導通（導通角為120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––

o變壓器副邊電壓負載電壓負載兩端的電壓為線電壓。uouaubuC23.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM19.2濾波器

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負載RL串聯(lián))。4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當負載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結(jié)論

采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較大，即帶負載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大選管時一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導通時間越短iD

的峰值電流越大。iDtuotOO19.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:XL=0，L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。當流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。19.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。N1N3C20.047FD2D3D4D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V交直流收擴兩用機電源19.3直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。19.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路19.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設(shè)負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負載變動不大的場合。19.3.2恒壓源

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運算放大器可組成恒壓源。UZRFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R119.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準電壓取樣電路當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE由于引入的是串聯(lián)電壓負反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R119.3.4

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝3.性能特點（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護內(nèi)部有過流保護調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要參數(shù)(1)電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

反映當負載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響。(2)電流調(diào)整率SI

反映當輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變化時輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO

)min

輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓不得低于3V！5.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時增減負載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負載的瞬態(tài)響應。用來抵消輸入端接線較長時的電感效應，